Jacobs Sofia & Bauer Julie
Master
STPE/MV – UCA
Année académique 2025-2026
Dans le monde, on compte plus de 800 millions de personnes vivant à proximité d’un volcan dont 200 millions à moins de 30 km d’un volcan actif (CNRS, 2025). La caractérisation de l’aléa volcanique est donc essentielle pour la sureté des habitants en territoires volcaniques. Cela passe notamment par la compréhension de lien divers entre un volcan et le type de dépôts ou l’intensité éruptive qu’il produit. Notre étude se concentre sur la région méditerranéenne, en particulier sur deux édifices grecs et quatre édifices italiens, ces deux pays étant particulièrement connues pour leurs volcanismes très actifs et notamment plusieurs éruptions historiques. Les volcans italiens sont l’Etna (Sicile, Italie), le Vésuve (Naples, sud de l’Italie), Lipari et Vulcano (Iles Eoliennes, Sicile, Italie). Les volcans grecques sont le Santorin et le Nisyros (Iles Dodecanese, Grèce). Ici nous ne nous concentrerons que sur la période 2015 à 2025.
Nous avons les données de magnitudes, types de magma, profondeur du magma, le VEI, la classification et le volume estimé de produits pour chaque édifice volcanique en plus des coordonnées des éruptions pour chaque édifices. L’objectif est de comprendre si il existe un lien entre intensité de l’éruption (magnitude) et l’édifice volcanique afin de déterminer quelle population s’expose à un risque plus important. Il sera aussi particulièrement intéressant de regarder le lien possible entre volcans et type de magma car le risques lié à un volcan est en partie du au type de matériaux qu’il produit. Ces résultats pourrait également nous permettre de déterminer si les populations d’un volcan en particulier s’exposent à un risque accrue. Enfin, d’un point de vus purement recherche nous allons nous intéressé au lien entre édifice et profondeur du magma car c’est grâce à la détection du magma en profondeur que l’on peut anticiper une éruption. Egalement à la profondeur en fonction du type de magma mais cela nous permettra, au terme d’une étude pétrologique ultérieure de prédire des temps de remonté du magma et des durées pré-éruptifs afin d’alerter la population en cas d’éruption imminente si ce lien existe.
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## 'data.frame': 47 obs. of 14 variables:
## $ Volcanoes : chr "Santorin" "Santorin" "Santorin" "Santorin" ...
## $ Event.ID : int 11946380 11933823 11933599 11933364 11405253 10724958 10878280 10813622 10813590 10757351 ...
## $ Date : chr "12-02-25" "09-02-25" "09-02-25" "08-02-25" ...
## $ Time : chr "08:37:47" "18:53:57" "01:35:15" "09:24:02" ...
## $ Latitude : num 36.4 36.4 36.5 36.4 36.4 ...
## $ Longitude : num 25.5 25.5 25.5 25.5 25.5 ...
## $ Depth : num 10 10 10 10 10 10 17.6 3.3 0 3.8 ...
## $ Mag.Type : chr "MA" "MA" "MA" "MA" ...
## $ Magnitude : num 4.3 4.7 4.5 4.6 4.2 4.2 1.4 1.3 1.2 1.9 ...
## $ Volume : num 7.98e+07 2.00e+08 1.26e+08 1.59e+08 6.34e+07 ...
## $ VEI.approximatif: int 3 3 3 3 3 3 1 1 1 1 ...
## $ Region : chr "DODECANESE ISLANDS" "DODECANESE ISLANDS" "DODECANESE ISLANDS" "DODECANESE ISLANDS" ...
## $ Country : chr "GREECE" "GREECE" "GREECE" "GREECE" ...
## $ Classification : chr "Vulcanien" "Vulcanien" "Vulcanien" "Vulcanien" ...
## Volcanoes Event.ID Date Time
## Etna : 7 10796353: 2 Length:47 Length:47
## Lipari : 9 11629587: 2 Class :character Class :character
## Nisyros :11 5112637 : 1 Mode :character Mode :character
## Santorin:13 5149922 : 1
## Vesuvio : 1 10570434: 1
## Vulcano : 6 10570525: 1
## (Other) :39
## Latitude Longitude Depth Mag.Type Magnitude
## Min. :36.32 Min. :14.49 Min. : 0.00 MA :14 Min. :1.20
## 1st Qu.:36.45 1st Qu.:14.96 1st Qu.: 7.20 MB :19 1st Qu.:1.80
## Median :36.67 Median :25.39 Median : 10.00 MB-MA: 3 Median :2.30
## Mean :37.40 Mean :20.70 Mean : 27.57 MBa : 1 Mean :2.76
## 3rd Qu.:38.39 3rd Qu.:25.51 3rd Qu.: 14.91 ML : 9 3rd Qu.:4.20
## Max. :40.79 Max. :27.25 Max. :225.42 MR : 1 Max. :5.30
##
## Volume VEI.approximatif Region Country
## Min. : 63396 1:24 DODECANESE ISLANDS:24 ITALY:23
## 1st Qu.: 252383 2: 9 SICILY :22 GREECE:24
## Median : 798105 3:13 SOUTHERN : 1
## Mean : 50123635 4: 1
## 3rd Qu.: 63395728
## Max. :798104926
##
## Classification
## Hawaien/Strombolien :24
## Strombolien/Vulcanien: 9
## Vulcanien :13
## Vulcanien/Plinien : 1
##
##
##
## 'data.frame': 22 obs. of 14 variables:
## $ Volcanoes : Factor w/ 6 levels "Etna","Lipari",..: 1 1 1 1 1 1 5 6 6 6 ...
## $ Event.ID : Factor w/ 45 levels "5112637","5149922",..: 31 30 29 28 35 36 17 41 24 21 ...
## $ Date : chr "17-08-15" "12-08-15" "12-08-15" "12-08-15" ...
## $ Time : chr "02:18:26" "11:41:46" "11:35:53" "03:56:14" ...
## $ Latitude : num 37.7 37.8 37.8 37.8 37.7 ...
## $ Longitude : num 15.1 15 15 15 15.1 ...
## $ Depth : num 7.2 29.9 28.6 30 10 ...
## $ Mag.Type : Factor w/ 6 levels "MA","MB","MB-MA",..: 2 2 2 2 1 1 2 1 2 2 ...
## $ Magnitude : num 1.5 1.4 1.5 1.5 4.3 1.8 2.2 4.4 1.3 1.2 ...
## $ Volume : num 126491 100475 126491 126491 79810493 ...
## $ VEI.approximatif: Factor w/ 4 levels "1","2","3","4": 1 1 1 1 3 1 1 3 1 1 ...
## $ Region : Factor w/ 3 levels "DODECANESE ISLANDS",..: 2 2 2 2 2 2 3 2 2 2 ...
## $ Country : Factor w/ 2 levels " ITALY","GREECE": 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ...
## $ Classification : Factor w/ 4 levels "Hawaien/Strombolien",..: 1 1 1 1 3 1 1 3 1 1 ...
## 'data.frame': 24 obs. of 14 variables:
## $ Volcanoes : Factor w/ 6 levels "Etna","Lipari",..: 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 ...
## $ Event.ID : Factor w/ 45 levels "5112637","5149922",..: 45 44 43 42 38 16 33 23 22 18 ...
## $ Date : chr "12-02-25" "09-02-25" "09-02-25" "08-02-25" ...
## $ Time : chr "08:37:47" "18:53:57" "01:35:15" "09:24:02" ...
## $ Latitude : num 36.4 36.4 36.5 36.4 36.4 ...
## $ Longitude : num 25.5 25.5 25.5 25.5 25.5 ...
## $ Depth : num 10 10 10 10 10 10 17.6 3.3 0 3.8 ...
## $ Mag.Type : Factor w/ 6 levels "MA","MB","MB-MA",..: 1 1 1 1 1 1 5 5 5 5 ...
## $ Magnitude : num 4.3 4.7 4.5 4.6 4.2 4.2 1.4 1.3 1.2 1.9 ...
## $ Volume : num 7.98e+07 2.00e+08 1.26e+08 1.59e+08 6.34e+07 ...
## $ VEI.approximatif: Factor w/ 4 levels "1","2","3","4": 3 3 3 3 3 3 1 1 1 1 ...
## $ Region : Factor w/ 3 levels "DODECANESE ISLANDS",..: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ...
## $ Country : Factor w/ 2 levels " ITALY","GREECE": 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ...
## $ Classification : Factor w/ 4 levels "Hawaien/Strombolien",..: 3 3 3 3 3 3 1 1 1 1 ...
## Group Variable Variance Mean
## 1 Global Depth 2683.43422 27.56902
## 2 Global Magnitude 1.56159 2.75957
## 3 Global Volume 15973504288128854.00000 50123634.88617
## 4 Santorin Depth 23.21269 7.44615
## 5 Santorin Magnitude 2.25859 2.87692
## 6 Santorin Volume 4908889462161985.00000 53385265.08462
## 7 Etna Depth 130.90810 19.41429
## 8 Etna Magnitude 1.07333 2.00000
## 9 Etna Volume 905672258098802.00000 11563260.61857
## 10 Vesuvio Depth NA 0.50000
## 11 Vesuvio Magnitude NA 2.20000
## 12 Vesuvio Volume NA 633957.28000
## 13 Vulcano Depth 10.43741 9.28700
## 14 Vulcano Magnitude 1.36967 2.21667
## 15 Vulcano Volume 1669085589528357.50000 17084959.71833
## 16 Lipari Depth 8245.75305 54.22689
## 17 Lipari Magnitude 0.84000 2.90000
## 18 Lipari Volume 1902945411863623.50000 23549175.67556
## 19 Nisyros Depth 3726.96190 47.16182
## 20 Nisyros Magnitude 1.45855 3.33636
## 21 Nisyros Volume 57457175635148752.00000 115070297.50455
En moyenne, Lipari génère des magmas qui viennent de plus profond et le Santorin les plus superficiels. Nisyros est le volcan avec le plus grand volume de produit estimé en moyenne et Vulcano emet le moins sur une même période d’activité. La magnitude des éruptions est en moyenne plus importante pour Nisyros. Cela est cohérent car la magnitude est directement reliée au volume emis, plus le volume est important plus la magnitude le sera, hors Nisyros à le volume moyen le plus important donc la magnitude moyenne la plus importante. Cependant ce n’est pas Vulcano qui possède la plus faible moyenne des magnitudes mais l’Etna. Cela peut s’expliquer par le faite que l’Etna à plus érupter sur 2015-2025 par rapport à Vulcano pour un volume moyen de débris légèrement inférieur. La moyenne des magnitudes de l’Etna pourra donc être légèrement plus faible que celle de Vulcano.
Les valeurs de variance pour le volume et la magnitude sont ccohérentes par rapport au jeu de donné mais pour la profondeur, celles-ci sont beaucoup trop grande, cela s’explique par la présence d’outlier (7 point de donnée) de valeur beaucoup trop importante ou encore bien trop faibe qui donnent une dispersion des mesures exagérée.
On remarque qur pour le Vésuve nous n’avons qu’une seule éruption. Ainsi, nous ne pouvons pas calsuler de valeurs de dispersion et la profondeurs, la magnitude et le volume moyen seront les valeurs des données de l’éruption.
## Depth Magnitude Volume
## 5.180187e+01 1.249636e+00 1.263863e+08
## Depth Magnitude Volume
## 1.8789885 0.4528366 2.5214917
## # A tibble: 6 × 6
## Volcanoes mean_mag sd_mag min_mag max_mag median_mag
## <fct> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl>
## 1 Etna 2 1.04 1.4 4.3 1.5
## 2 Lipari 2.9 0.917 1.8 4.4 2.7
## 3 Nisyros 3.34 1.21 1.9 5.3 2.8
## 4 Santorin 2.88 1.50 1.2 4.7 1.9
## 5 Vesuvio 2.2 NA 2.2 2.2 2.2
## 6 Vulcano 2.22 1.17 1.2 4.4 2
Les volcans grecs porduisent une plus large d’éruption de magnitudes différentes que les volacans Italiens et se sont égalment eux qui produisent les éruptions les plus intenses avec Lipari. Cependant, il n’y pas de grande difference entre les différents paramètres de dispersion des les volcans.
## Warning: Using `size` aesthetic for lines was deprecated in ggplot2 3.4.0.
## ℹ Please use `linewidth` instead.
## This warning is displayed once every 8 hours.
## Call `lifecycle::last_lifecycle_warnings()` to see where this warning was
## generated.
## Warning in scale_y_log10(): log-10 transformation introduced infinite values.
## log-10 transformation introduced infinite values.
## Warning: Removed 1 row containing non-finite outside the scale range
## (`stat_boxplot()`).
## Warning: Removed 1 row containing non-finite outside the scale range
## (`stat_summary()`).
Pour l’ensemble des volcans, hormis les 7 outliers visibles en rouge sur
le boxplot, la répartition des rpofondeurs sur l’hitogramme est
symétique par rapport à une valeur centrale de 10 km. La majorité de nos
magmas proviennet donc de chambre localsiée entre 15 et 7 km ce qui
reste relativement superficielle.
Le boxplot ne montre pas de valeur abérente. Cependant, l’histogramme
des magnitudes montre une réputation bimodale des données. Une première
partie des magnitudes se situe en dessous de 3, ce sont les valeurs de
magnétudes faibles et une seconde partie se trouve au-dessus de 3 avec
des valeurs dites fortes.
Maintenant on regarde les histogrammes pour chacuns des modes. Les
fortes magnitudes ont une distribution sysmétrique qui s’articule autour
d’une valeur centrale de 4,3 tands que les faibles magnitudes suivent
aussi une distribution sysméetique autour de 1,8 mais reste moins marqué
et s’étale dans l’intervalle 1 à 2,2.
## Warning in geom_bar(binwidth = 0.2, fill = "lightyellow", color = "black", :
## Ignoring unknown parameters: `binwidth`
La majorité des magmas sont basaltique (MB) avec quelques occurences
andésitique (MA) et latitique (ML=un magma latitique est un magma
basaltique avec une texture particulière, il n’y a pas de différence de
chimie importante). La série est basic et donc faiblement différencié.
En effet il n’y a quaiment pas de magma différencié rhyolique (MR). La
faible présence de basalte alcalin (MBa) révelle que les magmas générés
appartiennen à la série subalcaline. Enfin, il se produit un petit peu
de mélande car 3 magmas on uen composition intermédiaire entre
basaltique et andésitique (MB-MA).
Pour les volumes estimés, on montrent également une répartition bimodale
tres similaire à celle des magnitudes avec une valeur intermétidaiure
entre les faibles et les forts volumes de 16,25 km3. Les forts volumes
s’articulent autour d’un mode de 18,7 km3 et la faibles volume autoure
de 12,5 km3 mais clea reste moins symétirque et forme plus un plateau.
Les volumes estimés sont utilisés pour déterminer la magnitude de
l’érution, il est donc logique qu’il suivent excatement la meme
distibution pour l’hitogramme et le boxplot.
## Warning in geom_bar(binwidth = 0.2, fill = "lightyellow", color = "black", :
## Ignoring unknown parameters: `binwidth`
Le VEI est une échelle de 1 à 8 donnant l’intensité d’une éruption
volcanique (1 tres peu intense et 8 extremement intense). Dans la
région, la majorité des éruptions sont de faible intensité avec un VEI
autour de 1 et 2 (plus de 30 cas), VEI 1 étant majoritaire. On
enregistre des éruption peu à moyennement intense (3 à 4), mais elles
restent minoritaire. Il n’y a aucune éruption avec un VEI supérieure à
4, ce qui est rassurant puisque les grosses éruptions ont une occurences
de plusieurs centaines d’année et sont donc difficilement visible sur
une période de 10 ans.
Cette analyse univarié a permis de déterminer l’allure de chacune des variables du jeu données. Il est a présent possible d’étudier des liens possibles entre ces différentes données. Tout d’abord,
Lien entre la magnitude et la profondeur
pas relation linéaire entre les données donc pas possible de faire une étude anova par rapport à ça
les données ne suivent pas une loi normal donc pas possible de faire une anova
## Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
## Magnitude 1 11522 11522 4.633 0.0368 *
## Residuals 45 111916 2487
## ---
## Signif. codes: 0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
normalement peut pas utiliser l’anova donc il faut utiliser un autre test comme kruskal-wallis
##
## Kruskal-Wallis rank sum test
##
## data: Depth by Volcanoes
## Kruskal-Wallis chi-squared = 9.6108, df = 5, p-value = 0.08705
##
## Kruskal-Wallis rank sum test
##
## data: Depth by Magnitude
## Kruskal-Wallis chi-squared = 31.564, df = 26, p-value = 0.2079
lien entre magnitude et le volume estimé
##
## Call:
## lm(formula = log(Volume) ~ Magnitude, data = df)
##
## Residuals:
## Min 1Q Median 3Q Max
## -4.066e-08 -2.747e-09 8.390e-10 2.393e-09 2.790e-08
##
## Coefficients:
## Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)
## (Intercept) 8.294e+00 4.917e-09 1.687e+09 <2e-16 ***
## Magnitude 2.303e+00 1.626e-09 1.416e+09 <2e-16 ***
## ---
## Signif. codes: 0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
##
## Residual standard error: 1.378e-08 on 45 degrees of freedom
## Multiple R-squared: 1, Adjusted R-squared: 1
## F-statistic: 2.005e+18 on 1 and 45 DF, p-value: < 2.2e-16
pas possible de faire une interprétation car R2 = 1 car directement calculé par rapport à la magnitude. C’est pour cela que la relation VEI et magnitude n’est pas pertinente car celle-ci est également tiré de la magnitude
Lien entre le volume et la profondeur
PAS DE TEST
pour moi elles ne sont pas distibué normalement après cela se discute. Si on considère que cela est normal déjà on peut faire deux groupes et faire une anova à plusieurs variables
##
## F test to compare two variances
##
## data: df_faible$Magnitude and df_forte$Magnitude
## F = 2.3771, num df = 31, denom df = 14, p-value = 0.0882
## alternative hypothesis: true ratio of variances is not equal to 1
## 95 percent confidence interval:
## 0.8723205 5.5180696
## sample estimates:
## ratio of variances
## 2.37705
##
## Two Sample t-test
##
## data: df_faible$Magnitude and df_forte$Magnitude
## t = -17.059, df = 45, p-value < 2.2e-16
## alternative hypothesis: true difference in means is not equal to 0
## 95 percent confidence interval:
## -2.759537 -2.176713
## sample estimates:
## mean of x mean of y
## 1.971875 4.440000
## Levene's Test for Homogeneity of Variance (center = median)
## Df F value Pr(>F)
## group 5 1.2315 0.312
## 41
## Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
## Volcanoes 5 10.14 2.027 1.347 0.264
## Residuals 41 61.70 1.505
Magnitude en fonction des volcans puis Magnitude en fonction du type de magma.
## Warning: Removed 1 row containing missing values or values outside the scale range
## (`geom_segment()`).
## Warning: Groups with fewer than two data points have been dropped.
## Warning in max(ids, na.rm = TRUE): aucun argument pour max ; -Inf est renvoyé
Possible d’observer que certains groupes ont des distributions bimodal et non pas juste normal
## Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
## Volcanoes 5 10.14 2.027 1.347 0.264
## Residuals 41 61.70 1.505
pas de différence significative entre les magnitudes moyennes des différents volcans
## Warning: Removed 2 rows containing missing values or values outside the scale range
## (`geom_segment()`).
## Warning: Groups with fewer than two data points have been dropped.
## Groups with fewer than two data points have been dropped.
## Warning in max(ids, na.rm = TRUE): aucun argument pour max ; -Inf est renvoyé
## Warning in max(ids, na.rm = TRUE): aucun argument pour max ; -Inf est renvoyé
il n’y a pas une distribution normale de la donnée. Certains des types
de magmas ne présentent qu’une seul variable.
## Levene's Test for Homogeneity of Variance (center = median)
## Df F value Pr(>F)
## group 5 0.6567 0.6581
## 41
## Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
## Mag.Type 5 50.18 10.036 19 9.66e-10 ***
## Residuals 41 21.65 0.528
## ---
## Signif. codes: 0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
## Tukey multiple comparisons of means
## 95% family-wise confidence level
##
## Fit: aov(formula = Magnitude ~ Mag.Type, data = df)
##
## $Mag.Type
## diff lwr upr p adj
## MB-MA -2.1011278 -2.8661028 -1.3361528 0.0000000
## MB-MA-MA -1.8309524 -3.2127069 -0.4491979 0.0037085
## MBa-MA -1.9642857 -4.2123705 0.2837991 0.1174452
## ML-MA -2.5531746 -3.4810929 -1.6252563 0.0000000
## MR-MA -0.3642857 -2.6123705 1.8837991 0.9964721
## MB-MA-MB 0.2701754 -1.0791136 1.6194645 0.9905665
## MBa-MB 0.1368421 -2.0914354 2.3651196 0.9999688
## ML-MB -0.4520468 -1.3308913 0.4267977 0.6429030
## MR-MB 1.7368421 -0.4914354 3.9651196 0.2058692
## MBa-MB-MA -0.1333333 -2.6411769 2.3745102 0.9999847
## ML-MB-MA -0.7222222 -2.1701264 0.7256819 0.6718984
## MR-MB-MA 1.4666667 -1.0411769 3.9745102 0.5094360
## ML-MBa -0.5888889 -2.8782264 1.7004486 0.9712470
## MR-MBa 1.6000000 -1.4714686 4.6714686 0.6305599
## MR-ML 2.1888889 -0.1004486 4.4782264 0.0680976
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graphique : VEI + volcanoes
##
## MA MB MB-MA MBa ML MR
## Etna 2 5 0 0 0 0
## Lipari 2 7 0 0 0 0
## Nisyros 3 1 3 1 2 1
## Santorin 6 0 0 0 7 0
## Vesuvio 0 1 0 0 0 0
## Vulcano 1 5 0 0 0 0
## Warning in chisq.test(tab): L’approximation du Chi-2 est peut-être incorrecte
Clustering
## Group.1 Volume Depth Magnitude
## 1 1 798104926 5.47000 5.300000
## 2 2 132613027 45.71640 4.490000
## 3 3 6432657 23.14194 2.208333